Peróxido de hidrógeno
Compuesto químico

Peróxido de hidrógeno
Fórmula estructural del peróxido de hidrógeno.
Modelo de llenado de espacio de la molécula de peróxido de hidrógeno.
Modelo de llenado de espacio de la molécula de peróxido de hidrógeno.
  Oxígeno, O
  Hidrógeno, H
Nombres
Nombre IUPAC
Peróxido de hidrógeno
Nombre sistemático de la IUPAC
Peroxol
Otros nombres
Dioxidano
Oxidanil
Ácido perhidróxido
O-hidroxiol
Agua oxigenada
Peroxaano
Identificadores
  • 7722-84-1 controlarY
Modelo 3D ( JSmol )
  • Imagen interactiva
EBICh
  • CHEBI:16240 controlarY
Química biológica
  • ChEMBL71595 controlarY
Araña química
  • 763 controlarY
Tarjeta informativa de la ECHA100.028.878
Número CE
  • 231-765-0
  • 2448
BARRIL
  • D00008 controlarY
Identificador de centro de PubChem
  • 784
Número RTECS
  • MX0900000 (solución >90 %)
    MX0887000 (solución >30 %)
UNIVERSIDAD
  • BBX060AN9V controlarY
Número de la ONU2015 (>60% soln.)
2014 (20–60% soln.)
2984 (8–20% soln.)
  • DTXSID2020715
  • InChI=1S/H2O2/c1-2/h1-2H controlarY
    Clave: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N controlarY
  • InChI=1/H2O2/c1-2/h1-2H
    Clave: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYAL
  • OOO
Propiedades
H2O2​​​
Masa molar34,014  g·mol −1
AparienciaLíquido azul muy claro
OlorLigeramente agudo
Densidad1,11 g/cm 3 (solución al 30 % (p/p) a 20 °C) [1]
1,450 g/cm 3 (20 °C, puro)
Punto de fusión-0,43 °C (31,23 °F; 272,72 K)
Punto de ebullición150,2 °C (302,4 °F; 423,3 K) (se descompone)
Miscible
Solubilidadsoluble en éter , alcohol
insoluble en éter de petróleo
registro P-0,43 [2]
Presión de vapor5 mmHg (30 °C) [3]
Acidez (p K a )11,75
−17,7·10 −6 cm3 / mol
1.4061
Viscosidad1,245 cP ( 20 °C)
2,26  D
Termoquímica
1,267 J/(g·K) (gas)
2,619 J/(g·K) (líquido)
−187,80 kJ/mol
Farmacología
A01AB02 ( OMS ) D08AX01 ( OMS ), D11AX25 ( OMS ), S02AA06 ( OMS )
Peligros
Etiquetado SGA :
GHS03: OxidanteGHS05: CorrosivoGHS07: Signo de exclamación
Peligro
H271 , H302 , H314 , H332 , H335 , H412
P280 , P305+P351+P338 , P310
NFPA 704 (rombo cortafuegos)
NFPA 704 diamante de cuatro coloresHealth 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasFlammability 0: Will not burn. E.g. waterInstability 3: Capable of detonation or explosive decomposition but requires a strong initiating source, must be heated under confinement before initiation, reacts explosively with water, or will detonate if severely shocked. E.g. hydrogen peroxideSpecial hazard OX: Oxidizer. E.g. potassium perchlorate
3
0
3
BUEY
punto de inflamabilidadIninflamable
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis media )
1518 mg/kg [ cita requerida ]
2000 mg/kg (oral, ratón) [4]
1418 ppm (rata, 4 horas) [4]
227 ppm (ratón) [4]
NIOSH (límites de exposición a la salud en EE. UU.):
PEL (Permisible)
TWA 1 ppm (1,4 mg/m3 ) [ 3]
REL (recomendado)
TWA 1 ppm (1,4 mg/m3 ) [ 3]
IDLH (Peligro inmediato)
75 ppm [3]
Ficha de datos de seguridad (FDS)ICSC 0164 (solución >60%)
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados
Agua
Ozono
Hidracina Disulfuro
de hidrógeno
Difluoruro de dioxígeno
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Compuesto químico

El peróxido de hidrógeno es un compuesto químico con la fórmula H 2 O 2 . En su forma pura, es un líquido azul muy pálido [5] que es ligeramente más viscoso que el agua . Se utiliza como oxidante , agente blanqueador y antiséptico , generalmente como una solución diluida (3%–6% en peso) en agua para uso del consumidor y en concentraciones más altas para uso industrial. El peróxido de hidrógeno concentrado, o " peróxido de alta resistencia ", se descompone explosivamente cuando se calienta y se ha utilizado como monopropelente y oxidante en cohetería . [6]

El peróxido de hidrógeno es una especie reactiva del oxígeno y el peróxido más simple, un compuesto que tiene un enlace simple oxígeno-oxígeno . Se descompone lentamente en agua y oxígeno elemental cuando se expone a la luz, y rápidamente en presencia de compuestos orgánicos o reactivos. Por lo general, se almacena con un estabilizador en una solución débilmente ácida en una botella opaca. El peróxido de hidrógeno se encuentra en sistemas biológicos, incluido el cuerpo humano. Las enzimas que utilizan o descomponen el peróxido de hidrógeno se clasifican como peroxidasas .

Propiedades

Se ha extrapolado que el punto de ebullición del H2O2 es de 150,2 °C (302,4 °F), aproximadamente 50 °C (90 °F) más alto que el del agua. En la práctica, el peróxido de hidrógeno sufrirá una descomposición térmica potencialmente explosiva si se calienta a esta temperatura . Se puede destilar de manera segura a temperaturas más bajas bajo presión reducida. [7]

El peróxido de hidrógeno forma aductos estables con urea ( peróxido de hidrógeno-urea ), carbonato de sodio ( percarbonato de sodio ) y otros compuestos. [8] Un aducto ácido-base con óxido de trifenilfosfina es un "transportador" útil para H 2 O 2 en algunas reacciones.

Estructura

El peróxido de hidrógeno ( H2O2 ) es una molécula no plana con simetría C2 (retorcida) ; esto fue demostrado por primera vez por Paul-Antoine Giguère en 1950 usando espectroscopia infrarroja . [9] [10] Aunque el enlace O−O es un enlace simple , la molécula tiene una barrera rotacional relativamente alta de 386  cm −1 (4,62  kJ / mol ) para la rotación entre enantiómeros a través de la configuración trans , y 2460 cm −1 (29,4 kJ/mol) a través de la configuración cis . [11] Se propone que estas barreras se deben a la repulsión entre los pares solitarios de los átomos de oxígeno adyacentes y a los efectos dipolares entre los dos enlaces O–H. A modo de comparación, la barrera rotacional del etano es de 1040 cm −1 (12,4 kJ/mol).

El ángulo diedro de aproximadamente 100° entre los dos enlaces O–H hace que la molécula sea quiral . Es la molécula más pequeña y simple que exhibe enantiomería . Se ha propuesto que las interacciones enantioespecíficas de uno en lugar del otro pueden haber llevado a la amplificación de una forma enantiomérica de ácidos ribonucleicos y, por lo tanto, a un origen de homoquiralidad en un mundo de ARN . [12]

Las estructuras moleculares del H 2 O 2 gaseoso y cristalino son significativamente diferentes. Esta diferencia se atribuye a los efectos de los enlaces de hidrógeno , que están ausentes en el estado gaseoso. [13] Los cristales de H 2 O 2 son tetragonales con el grupo espacial D 4
4o P 4 1 2 1 2. [14]

Soluciones acuosas

En soluciones acuosas , el peróxido de hidrógeno forma una mezcla eutéctica , que exhibe una depresión del punto de congelación hasta -56 °C; el agua pura tiene un punto de congelación de 0 °C y el peróxido de hidrógeno puro de -0,43 °C. El punto de ebullición de las mismas mezclas también está deprimido en relación con la media de ambos puntos de ebullición (125,1 °C). Se da a 114 °C. Este punto de ebullición es 14 °C mayor que el del agua pura y 36,2 °C menor que el del peróxido de hidrógeno puro. [15]

  • Diagrama de fases de H2O2 y agua: el área sobre la línea azul es líquida. Las líneas punteadas separan las fases sólido-líquido de las fases sólido- sólido .
  • Densidad de solución acuosa de H 2 O 2
    H2O2 ( p / p )​Densidad
    (g/ cm3 )    		Temperatura
    (°C)
    3%1.009515
    27%1.1020
    35%1.1320
    50%1.2020
    70%1.2920
    75%1.3320
    96%1.4220
    98%1.4320
    100%1.4520

    • El peróxido de hidrógeno se encuentra disponible más comúnmente como una solución en agua. Para los consumidores, generalmente se encuentra disponible en farmacias en concentraciones de 3 y 6 % en peso . Las concentraciones a veces se describen en términos del volumen de gas oxígeno generado; un mililitro de una solución de 20 volúmenes genera veinte mililitros de gas oxígeno cuando se descompone por completo. Para uso en laboratorio, las soluciones al 30 % en peso son las más comunes. También se encuentran disponibles grados comerciales de 70 % a 98 %, pero debido al potencial de que las soluciones de más de 68 % de peróxido de hidrógeno se conviertan completamente en vapor y oxígeno (y la temperatura del vapor aumenta a medida que la concentración aumenta por encima del 68 %), estos grados son potencialmente mucho más peligrosos y requieren un cuidado especial en áreas de almacenamiento dedicadas. Los compradores generalmente deben permitir la inspección por parte de los fabricantes comerciales.

    Comparación con análogos

    El peróxido de hidrógeno tiene varios análogos estructurales con arreglos de enlace H m X−XH n (también se muestra agua para comparación). Tiene el punto de ebullición (teórico) más alto de esta serie (X = O, S, N, P). Su punto de fusión también es bastante alto, siendo comparable al de la hidrazina y el agua, con solo la hidroxilamina cristalizando significativamente más fácilmente, lo que indica un enlace de hidrógeno particularmente fuerte. El difosfano y el disulfuro de hidrógeno exhiben solo enlaces de hidrógeno débiles y tienen poca similitud química con el peróxido de hidrógeno. Estructuralmente, todos los análogos adoptan estructuras sesgadas similares, debido a la repulsión entre pares solitarios adyacentes .

    Propiedades del H 2 O 2 y sus análogos Los valores marcados con * son extrapolados
    NombreFórmulaMasa molar
    (g/mol)    		Punto de fusión
    (°C)    		Punto de ebullición
    (°C)
    AguaSeñor de la Salud18.020.0099,98
    Peróxido de hidrógeno¡Joder!34.01-0,43150,2*
    Disulfuro de hidrógenoHSH-Sistema de información de salud66,15−89,670.7
    HidracinaH2NNH2​​​32.052114
    HidroxilaminaNH2OH​​33.033358*
    DifosfanoH2PPH2​​​65,98-9963,5*

    Ocurrencia natural

    El peróxido de hidrógeno se produce mediante diversos procesos biológicos mediados por enzimas .

    Se ha detectado peróxido de hidrógeno en aguas superficiales, subterráneas y en la atmósfera . También puede formarse cuando el agua se expone a la luz ultravioleta. [16] El agua de mar contiene de 0,5 a 14 μg/L de peróxido de hidrógeno, y el agua dulce contiene de 1 a 30 μg/L. [17] Las concentraciones en el aire son de aproximadamente 0,4 a 4 μg/m 3 , y varían en varios órdenes de magnitud según condiciones como la estación, la altitud, la luz del día y el contenido de vapor de agua. En el aire nocturno rural es inferior a 0,014 μg/m 3 , y en el smog fotoquímico moderado es de 14 a 42 μg/m 3 . [18]

    La cantidad de peróxido de hidrógeno en sistemas biológicos se puede analizar mediante un ensayo fluorométrico . [19]

    Descubrimiento

    A veces se dice que Alexander von Humboldt fue el primero en informar sobre el primer peróxido sintético, peróxido de bario , en 1799 como un subproducto de sus intentos de descomponer el aire, aunque esto es discutido debido a la redacción ambigua de von Humboldt. [20] Diecinueve años después, Louis Jacques Thénard reconoció que este compuesto podría usarse para la preparación de un compuesto previamente desconocido, que describió como eau oxygénée ("agua oxigenada"), posteriormente conocido como peróxido de hidrógeno. [21] [22] [23]

    Una versión mejorada del proceso de Thénard utilizaba ácido clorhídrico , seguido de la adición de ácido sulfúrico para precipitar el subproducto sulfato de bario . Este proceso se utilizó desde finales del siglo XIX hasta mediados del siglo XX. [24]

    El efecto blanqueador de los peróxidos y sus sales sobre los tintes naturales se conocía desde los experimentos de Thénard en la década de 1820, pero los primeros intentos de producción industrial de peróxidos fracasaron. La primera planta productora de peróxido de hidrógeno se construyó en 1873 en Berlín . El descubrimiento de la síntesis de peróxido de hidrógeno por electrólisis con ácido sulfúrico introdujo el método electroquímico más eficiente. Se comercializó por primera vez en 1908 en Weißenstein , Carintia , Austria. El proceso de antraquinona , que todavía se utiliza, fue desarrollado durante la década de 1930 por el fabricante químico alemán IG Farben en Ludwigshafen . La mayor demanda y las mejoras en los métodos de síntesis dieron como resultado el aumento de la producción anual de peróxido de hidrógeno de 35.000 toneladas en 1950, a más de 100.000 toneladas en 1960, a 300.000 toneladas en 1970; En 1998 alcanzó los 2,7 millones de toneladas. [17]

    Los primeros intentos de producir peróxido de hidrógeno puro fracasaron. El peróxido de hidrógeno anhidro se obtuvo primero por destilación al vacío . [25]

    La determinación de la estructura molecular del peróxido de hidrógeno resultó ser muy difícil. En 1892, el químico físico italiano Giacomo Carrara (1864-1925) determinó su masa molecular mediante la depresión del punto de congelación , lo que confirmó que su fórmula molecular es H 2 O 2 . [26] H 2 O=O parecía ser tan posible como la estructura moderna, y a mediados del siglo XX al menos media docena de variantes isoméricas hipotéticas de dos opciones principales parecían ser consistentes con la evidencia disponible. [27] En 1934, el físico matemático inglés William Penney y el físico escocés Gordon Sutherland propusieron una estructura molecular para el peróxido de hidrógeno que era muy similar a la actualmente aceptada. [28] [29]

    Producción

    Ciclo catalítico del proceso de antraquinona para producir peróxido de hidrógeno: una antraquinona (derecha) se reduce utilizando hidrógeno para producir la antrahidroquinona correspondiente (izquierda). Esta se oxida utilizando oxígeno para producir peróxido de hidrógeno y recuperar antraquinona.

    En 1994, la producción mundial de H 2 O 2 era de alrededor de 1,9 millones de toneladas y aumentó a 2,2 millones en 2006, [30] la mayor parte de las cuales se encontraban en una concentración del 70% o menos. En ese año, el H 2 O 2 al 30% a granel se vendió a unos 0,54 USD / kg , equivalente a 1,50 USD/kg (0,68 USD/ lb ) sobre una "base del 100%". [31] [ aclaración necesaria ]

    En la actualidad, el peróxido de hidrógeno se fabrica casi exclusivamente mediante el proceso de antraquinona , que fue desarrollado originalmente por BASF en 1939. Comienza con la reducción de una antraquinona (como la 2-etilantraquinona o el derivado 2-amílico) a la antrahidroquinona correspondiente, típicamente por hidrogenación en un catalizador de paladio . En presencia de oxígeno , la antrahidroquinona sufre luego una autooxidación : los átomos de hidrógeno lábiles de los grupos hidroxilo se transfieren a la molécula de oxígeno, para dar peróxido de hidrógeno y regenerar la antraquinona. La mayoría de los procesos comerciales logran la oxidación burbujeando aire comprimido a través de una solución de la antrahidroquinona, con el peróxido de hidrógeno luego extraído de la solución y la antraquinona reciclada nuevamente para ciclos sucesivos de hidrogenación y oxidación. [31] [32]

    La reacción neta para el proceso catalizado por antraquinona es: [31]

    H2 + O2 → H2O2​​​

    La economía del proceso depende en gran medida del reciclaje efectivo de los solventes de extracción, el catalizador de hidrogenación y la costosa quinona .

    Contenedor cisterna ISO para transporte de peróxido de hidrógeno
    Un vagón cisterna diseñado para transportar peróxido de hidrógeno por ferrocarril.

    Métodos históricos

    El peróxido de hidrógeno se preparaba industrialmente mediante hidrólisis del persulfato de amonio :

    [NH 4 ] 2 S 2 O 8 + 2 H 2 O → 2 [NH 4 ]HSO 4 + H 2 O 2

    El [NH 4 ] 2 S 2 O 8 se obtuvo mediante la electrólisis de una solución de bisulfato de amonio ( [NH 4 ]HSO 4 ) en ácido sulfúrico . [33]

    Otras rutas

    Se forman pequeñas cantidades por electrólisis, fotoquímica , arco eléctrico y métodos relacionados. [34]

    Una vía comercialmente viable para el peróxido de hidrógeno a través de la reacción del hidrógeno con el oxígeno favorece la producción de agua, pero se puede detener en la etapa de peróxido. [35] [36] Un obstáculo económico ha sido que los procesos directos dan una solución diluida que no es económica para el transporte. Ninguno de estos procesos ha llegado aún a un punto en el que se pueda utilizar para la síntesis a escala industrial.

    Reacciones

    Ácido-base

    El peróxido de hidrógeno es aproximadamente 1000 veces más fuerte como ácido que el agua. [37]

    H2O2 ⇌ H + + HO​−2(pK = 11,65)

    Desproporción

    El peróxido de hidrógeno se desproporciona para formar agua y oxígeno con un Δ H o de –2884,5  kJ / kg [38] y un Δ S de 70,5 J/(mol·K):

    2H2O2 → 2H2O + O2​​​

    La velocidad de descomposición aumenta con el aumento de la temperatura, la concentración y el pH . El H 2 O 2 es inestable en condiciones alcalinas. La descomposición está catalizada por varios iones o compuestos redox-activos, incluidos la mayoría de los metales de transición y sus compuestos (por ejemplo, dióxido de manganeso ( MnO 2 ), plata y platino ). [39]

    Reacciones de oxidación

    Las propiedades redox del peróxido de hidrógeno dependen del pH. En soluciones ácidas, el H 2 O 2 es un oxidante potente .


    Reactivo oxidante
    Producto rebajado
    Potencial de oxidación
    (V)
    F2​alta frecuencia3.0
    O 3O2​2.1
    H2O2​​​H2O​​1.8
    Kmno4​MnO2​1.7
    ClO2​HClO1.5
    Cl 2Cl −1.4

    Sulfito ( SO2−3) se oxida a sulfato ( SO2−4).

    Reacciones de reducción

    En condiciones alcalinas , el peróxido de hidrógeno es un reductor. Cuando el H 2 O 2 actúa como agente reductor, también se produce oxígeno gaseoso. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno reducirá el hipoclorito de sodio y el permanganato de potasio , lo que constituye un método conveniente para preparar oxígeno en el laboratorio:

    NaOCl + H 2 O 2 → O 2 + NaCl + H 2 O
    2 KMnO 4 + 3 H 2 O 2 → 2 MnO 2 + 2 KOH + 2 H 2 O + 3 O 2

    El oxígeno producido a partir del peróxido de hidrógeno y el hipoclorito de sodio está en estado singlete .

    El peróxido de hidrógeno también reduce el óxido de plata a plata :

    Ag 2 O + H 2 O 2 → 2 Ag + H 2 O + O 2

    Aunque generalmente es un reductor, el peróxido de hidrógeno alcalino convierte el Mn(II) en dióxido:

    H2O2 + Mn2 ++ 2OH− → MnO2 + 2H2O​​​​

    En una reacción relacionada, el permanganato de potasio se reduce a Mn 2+ por H 2 O 2 ácido : [5]

    2MnO−4+ 5 H 2 O 2 + 6 H + → 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 5 O 2

    Reacciones orgánicas

    El peróxido de hidrógeno se utiliza frecuentemente como agente oxidante . Un ejemplo ilustrativo es la oxidación de tioéteres para formar sulfóxidos , como la conversión de tioanisol en metil fenil sulfóxido : [40] [41]

    Ph-S-CH3 + H2O2 → Ph - S(O ) -CH3 + H2O

    El peróxido de hidrógeno alcalino se utiliza para la epoxidación de alquenos deficientes en electrones , como los derivados del ácido acrílico [42], y para la oxidación de alquilboranos a alcoholes , el segundo paso de la hidroboración-oxidación . También es el reactivo principal en el proceso de oxidación de Dakin .

    Precursor de otros compuestos de peróxido.

    El peróxido de hidrógeno es un ácido débil, que forma hidroperóxido o sales de peróxido con muchos metales.

    También convierte los óxidos metálicos en los peróxidos correspondientes. Por ejemplo, al tratarlo con peróxido de hidrógeno, el ácido crómico ( CrO 3 y H 2 SO 4 ) forma un peróxido azul CrO(O 2 ) 2 .

    Bioquímica

    Ascaridola

    Producción

    La oxidación aeróbica de la glucosa en presencia de la enzima glucosa oxidasa produce peróxido de hidrógeno. La conversión produce gluconolactona : [43]

    C6H12O6 + O2 → C6H10O6 + H2O2​​​​​​​​​​​

    Las superóxido dismutasas (SOD) son enzimas que promueven la desproporción del superóxido en oxígeno y peróxido de hidrógeno. [44]

    2 O−2+ 2 H + → O 2 + H 2 O 2
    2H2O2 → O2 + 2H2O​​​​

    Los peroxisomas son orgánulos que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas . [45] Están involucrados en el catabolismo de ácidos grasos de cadena muy larga , ácidos grasos de cadena ramificada , D -aminoácidos , poliaminas y la biosíntesis de plasmalógenos y fosfolípidos de éter , que se encuentran en los cerebros y pulmones de los mamíferos. [46] Producen peróxido de hidrógeno en un proceso catalizado por el dinucleótido de flavina y adenina (FAD): [47]

    R-CH2 - CH2 - CO-SCoA + O2 R - CH =CH-CO-SCoA + H2O2 → MODA {\displaystyle {\ce {->[{\ce {FAD}}]}}}

    El peróxido de hidrógeno surge de la degradación del monofosfato de adenosina , que produce hipoxantina . Luego, la hipoxantina se cataboliza oxidativamente primero a xantina y luego a ácido úrico , y la reacción es catalizada por la enzima xantina oxidasa : [48]

    H2O , O2​​​
    H2O2​​​
    Flecha de reacción hacia la derecha con sustrato(s) menor(es) desde la parte superior izquierda y producto(s) menor(es) hacia la parte superior derecha
    H2O , O2​​​
    H2O2​​​
    Flecha de reacción hacia la derecha con sustrato(s) menor(es) desde la parte superior izquierda y producto(s) menor(es) hacia la parte superior derecha
    Degradación de la hipoxantina a través de la xantina a ácido úrico para formar peróxido de hidrógeno.

    La degradación del monofosfato de guanosina produce xantina como producto intermedio que luego se convierte de la misma manera en ácido úrico con la formación de peróxido de hidrógeno. [48]

    Consumo

    La catalasa , otra enzima peroxisomal, utiliza este H 2 O 2 para oxidar otros sustratos, incluidos fenoles , ácido fórmico , formaldehído y alcohol , mediante una reacción de peroxidación:

    H2O2 + R'H2 → R ' + 2 H2O

    eliminando así el venenoso peróxido de hidrógeno en el proceso.

    Esta reacción es importante en las células del hígado y los riñones, donde los peroxisomas neutralizan diversas sustancias tóxicas que entran en la sangre. Una parte del etanol que beben los humanos se oxida a acetaldehído de esta manera. [49] Además, cuando se acumula un exceso de H 2 O 2 en la célula, la catalasa lo convierte en H 2 O a través de esta reacción:

    H2O2 → 0,5 O2 + H2O​​​

    La glutatión peroxidasa , una selenoenzima, también cataliza la desproporción del peróxido de hidrógeno.

    Reacción de Fenton

    La reacción del Fe 2+ y el peróxido de hidrógeno es la base de la reacción de Fenton , que genera radicales hidroxilo , que son de importancia en biología:

    Fe(II) + H 2 O 2 → Fe(III)OH + HO·

    La reacción de Fenton explica la toxicidad de los peróxidos de hidrógeno porque los radicales hidroxilo oxidan rápida e irreversiblemente todos los compuestos orgánicos, incluyendo proteínas , lípidos de membrana y ADN . [50] El peróxido de hidrógeno es una fuente importante de daño oxidativo al ADN en células vivas. El daño al ADN incluye la formación de 8-Oxo-2'-desoxiguanosina entre muchas otras bases alteradas, así como roturas de hebras, enlaces cruzados entre hebras y daño a la desoxirribosa. [51] Al interactuar con Cl¯, el peróxido de hidrógeno también conduce a bases de ADN cloradas. [51] Los radicales hidroxilo dañan fácilmente los componentes celulares vitales, especialmente los de las mitocondrias . [52] [53] [54] El compuesto es un factor importante implicado en la teoría de los radicales libres del envejecimiento , basada en su fácil conversión en un radical hidroxilo .

    Función

    Escarabajo bombardero australiano

    Los huevos de erizo de mar , poco después de la fecundación por un espermatozoide, producen peróxido de hidrógeno, que luego se convierte en radicales hidroxilo (HO•), que inician la polimerización radical , que rodea los huevos con una capa protectora de polímero .

    El escarabajo bombardero combina hidroquinona y peróxido de hidrógeno, lo que da lugar a una violenta reacción química exotérmica que produce un líquido hirviente y maloliente que se convierte parcialmente en gas ( evaporación instantánea ) y se expulsa a través de una válvula de salida con un fuerte sonido de estallido. [55] [56] [57]

    Como molécula de señalización propuesta , el peróxido de hidrógeno puede regular una amplia variedad de procesos biológicos. [58] [59] Al menos un estudio ha intentado vincular la producción de peróxido de hidrógeno con el cáncer. [60]

    Usos

    Blanqueamiento

    Aproximadamente el 60% de la producción mundial de peróxido de hidrógeno se utiliza para blanquear pulpa y papel . [30] La segunda aplicación industrial más importante es la fabricación de percarbonato de sodio y perborato de sodio , que se utilizan como blanqueadores suaves en detergentes para ropa . Una conversión representativa es:

    Na 2 B 4 O 7 + 4 H 2 O 2 + 2 NaOH → 2 Na 2 B 2 O 4 (OH) 4 + H 2 O

    El percarbonato de sodio, que es un aducto de carbonato de sodio y peróxido de hidrógeno, es el ingrediente activo en productos de lavandería como OxiClean y el detergente para ropa Tide . Cuando se disuelve en agua, libera peróxido de hidrógeno y carbonato de sodio. [24] Por sí solos, estos agentes blanqueadores solo son efectivos a temperaturas de lavado de 60 °C (140 °F) o superiores y, por lo tanto, a menudo se usan junto con activadores de blanqueador , que facilitan la limpieza a temperaturas más bajas.

    El peróxido de hidrógeno también se ha utilizado como agente blanqueador de harina y como agente blanqueador de dientes y huesos .

    Producción de compuestos peróxidos orgánicos

    Se utiliza en la producción de varios peróxidos orgánicos , siendo el peróxido de dibenzoilo un ejemplo de alto volumen. [61] Los peroxiácidos , como el ácido peracético y el ácido meta -cloroperoxibenzoico , también se producen utilizando peróxido de hidrógeno. El peróxido de hidrógeno se ha utilizado para crear explosivos basados ​​en peróxido orgánico , como el peróxido de acetona . Se utiliza como iniciador en polimerizaciones . El peróxido de hidrógeno reacciona con ciertos diésteres , como el éster de oxalato de fenilo (cialumen), para producir quimioluminiscencia ; esta aplicación se encuentra más comúnmente en forma de barras luminosas .

    Producción de peróxidos inorgánicos

    La reacción con el bórax produce perborato de sodio , un blanqueador utilizado en detergentes para ropa:

    Na 2 B 4 O 7 + 4 H 2 O 2 + 2 NaOH → 2 Na 2 B 2 O 4 (OH) 4 + H 2 O

    Tratamiento de aguas residuales

    El peróxido de hidrógeno se utiliza en ciertos procesos de tratamiento de aguas residuales para eliminar impurezas orgánicas. En el procesamiento de oxidación avanzada , la reacción de Fenton [62] [63] produce el radical hidroxilo altamente reactivo (•OH). Este degrada los compuestos orgánicos, incluidos aquellos que normalmente son robustos, como los compuestos aromáticos o halogenados . [64] También puede oxidar compuestos a base de azufre presentes en los desechos, lo que es beneficioso ya que generalmente reduce su olor. [65]

    Desinfectante

    El peróxido de hidrógeno se puede utilizar para la esterilización de diversas superficies, [66] incluidos los instrumentos quirúrgicos, [67] y se puede utilizar como vapor ( VHP ) para la esterilización de habitaciones. [68] El H 2 O 2 demuestra una eficacia de amplio espectro contra virus, bacterias, levaduras y esporas bacterianas. [69] [70] En general, se observa una mayor actividad contra bacterias Gram-positivas que contra bacterias Gram-negativas ; sin embargo, la presencia de catalasa u otras peroxidasas en estos organismos puede aumentar la tolerancia en presencia de concentraciones más bajas. [71] Los niveles más bajos de concentración (3%) funcionarán contra la mayoría de las esporas; las concentraciones más altas (7 a 30%) y los tiempos de contacto más prolongados mejorarán la actividad esporicida. [70] [72]

    El peróxido de hidrógeno se considera una alternativa ambientalmente segura a los blanqueadores a base de cloro , ya que se degrada para formar oxígeno y agua y la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) lo reconoce generalmente como un agente antimicrobiano seguro . [73]

    Propulsor

    Sistema de propulsión de peróxido de hidrógeno con cinturón de cohetes utilizado en un jet pack

    El H 2 O 2 de alta concentración se conoce como "peróxido de alta resistencia" (HTP). Puede utilizarse como monopropelente (sin mezclar con combustible) o como componente oxidante de un cohete bipropelente . Su uso como monopropelente aprovecha la descomposición del peróxido de hidrógeno de concentración del 70 al 98 % en vapor y oxígeno. El propelente se bombea a una cámara de reacción, donde un catalizador, normalmente una pantalla de plata o platino, desencadena la descomposición, produciendo vapor a más de 600 °C (1100 °F), que se expulsa a través de una boquilla , generando empuje . El monopropelente H 2 O 2 produce un impulso específico máximo ( I sp ) de 161 s (1,6 kN·s /kg). El peróxido fue el primer monopropelente importante adoptado para su uso en aplicaciones de cohetes. La hidracina acabó sustituyendo a las aplicaciones de propulsión de monopropelente de peróxido de hidrógeno, principalmente debido a un aumento del 25 % en el impulso específico de vacío. [74] La hidracina (tóxica) y el peróxido de hidrógeno (menos tóxico [TLV ACGIH 0,01 y 1 ppm respectivamente]) son los únicos dos monopropulsores (además de los gases fríos) que se han adoptado y utilizado ampliamente para aplicaciones de propulsión y potencia. [ cita requerida ] El Bell Rocket Belt , los sistemas de control de reacción para X-1 , X-15 , Centaur , Mercury , Little Joe , así como los generadores de gas de turbobomba para X-1, X-15, Jupiter, Redstone y Viking utilizaron peróxido de hidrógeno como monopropulsor. [75] Los motores RD-107 (utilizados desde 1957 hasta la actualidad) en la serie de cohetes R-7 descomponen peróxido de hidrógeno para alimentar las turbobombas.

    En aplicaciones bipropulsoras, el H 2 O 2 se descompone para oxidar un combustible en combustión. Se pueden lograr impulsos específicos de hasta 350 s (3,5 kN·s/kg), dependiendo del combustible. El peróxido utilizado como oxidante proporciona una I sp algo menor que el oxígeno líquido, pero es denso, almacenable y no criogénico y se puede utilizar más fácilmente para impulsar turbinas de gas y generar altas presiones utilizando un ciclo cerrado eficiente . También se puede utilizar para la refrigeración regenerativa de motores de cohetes. El peróxido se utilizó con mucho éxito como oxidante en los motores de cohetes alemanes de la Segunda Guerra Mundial (por ejemplo, T-Stoff , que contiene estabilizador de oxiquinolina, tanto para el sistema de refuerzo monopropulsante externo Walter HWK 109-500 Starthilfe RATO como para la serie de motores de cohete Walter HWK 109-509 utilizados para el Me 163 B), más a menudo utilizados con C-Stoff en una combinación hipergólica de autoignición , y para los lanzadores británicos de bajo costo Black Knight y Black Arrow . Actualmente, el HTP se utiliza en los cohetes suborbitales ILR-33 AMBER [76] y Nucleus [77] .

    En los años 1940 y 1950, la turbina Hellmuth Walter KG concebida utilizaba peróxido de hidrógeno para su uso en submarinos mientras estaban sumergidos; se descubrió que era demasiado ruidosa y requería demasiado mantenimiento en comparación con los sistemas de energía diésel-eléctricos . Algunos torpedos usaban peróxido de hidrógeno como oxidante o propulsor. El error del operador en el uso de torpedos de peróxido de hidrógeno fue mencionado como una posible causa del hundimiento del HMS Sidon y del submarino ruso Kursk . [78] SAAB Underwater Systems está fabricando el Torpedo 2000. Este torpedo, utilizado por la Armada sueca , está propulsado por un motor de pistón propulsado por HTP como oxidante y queroseno como combustible en un sistema bipropulsor. [79] [80]

    Uso doméstico

    Lentillas sumergidas en una solución a base de peróxido de hidrógeno al 3 %. El estuche incluye un disco catalítico que neutraliza el peróxido de hidrógeno con el tiempo.

    El peróxido de hidrógeno tiene diversos usos domésticos, principalmente como agente de limpieza y desinfectante.

    Decoloración del cabello

    El peróxido de hidrógeno diluido ( entre el 1,9% y el 12%) mezclado con amoníaco acuoso se ha utilizado para blanquear el cabello humano . La propiedad blanqueadora de la sustancia química da nombre a la frase " rubio peróxido ". [81] El peróxido de hidrógeno también se utiliza para blanquear los dientes . Se puede encontrar en la mayoría de las pastas dentales blanqueadoras. El peróxido de hidrógeno ha mostrado resultados positivos relacionados con la luminosidad de los dientes y los parámetros de tono cromático. [82] Funciona oxidando los pigmentos de color sobre el esmalte , donde el tono del diente puede volverse más claro. [ se necesita más explicación ] El peróxido de hidrógeno se puede mezclar con bicarbonato de sodio y sal para hacer una pasta de dientes casera. [83]

    Eliminación de manchas de sangre

    El peróxido de hidrógeno reacciona con la sangre como agente blanqueador, por lo que si una mancha de sangre es reciente o no demasiado antigua, una aplicación abundante de peróxido de hidrógeno, si es necesario en más de una aplicación, blanqueará la mancha por completo. Después de unos dos minutos de la aplicación, la sangre debería estar completamente seca. [84] [85]

    Tratamiento del acné

    El peróxido de hidrógeno se puede utilizar para tratar el acné , [86] aunque el peróxido de benzoilo es un tratamiento más común.

    Agente de limpieza bucal

    El uso de peróxido de hidrógeno diluido como agente de limpieza bucal ha sido revisado académicamente para determinar su utilidad en el tratamiento de la gingivitis y la placa . Aunque existe un efecto positivo en comparación con un placebo, se concluyó que la clorhexidina es un tratamiento mucho más eficaz. [87]

    Usos de nicho

    Quimioluminiscencia del cialume , tal como se encuentra en una barra luminosa
    Horticultura

    Algunos horticultores y usuarios de hidroponía recomiendan el uso de una solución débil de peróxido de hidrógeno en las soluciones de riego. Su descomposición espontánea libera oxígeno que mejora el desarrollo de las raíces de la planta y ayuda a tratar la pudrición de las raíces (muerte celular de las raíces debido a la falta de oxígeno) y una variedad de otras plagas. [88] [89]

    En general, se utilizan concentraciones de riego de alrededor del 0,1 %. Esta concentración se puede aumentar hasta el 1 % para lograr efectos antifúngicos. [90] Las pruebas muestran que el follaje de las plantas puede tolerar concentraciones de hasta el 3 % de manera segura. [91]

    Mantenimiento de peces

    El peróxido de hidrógeno se utiliza en la acuicultura para controlar la mortalidad causada por diversos microbios. En 2019, la FDA de EE. UU. lo aprobó para el control de la saprolegniasis en todos los peces de aleta de agua fría y todos los alevines y adultos de peces de aleta de agua fría y cálida, para el control de la enfermedad columnaris externa en peces de aleta de agua cálida y para el control de Gyrodactylus spp. en salmónidos criados en agua dulce. [92] Las pruebas de laboratorio realizadas por piscicultores han demostrado que el peróxido de hidrógeno doméstico común se puede utilizar de forma segura para proporcionar oxígeno a los peces pequeños. El peróxido de hidrógeno libera oxígeno por descomposición cuando se expone a catalizadores como el dióxido de manganeso .

    Cómo eliminar el amarilleo de los plásticos envejecidos

    El peróxido de hidrógeno se puede utilizar en combinación con una fuente de luz ultravioleta para eliminar el amarilleo de los plásticos de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) blancos o grises claros y restaurar parcial o totalmente el color original. En el ámbito de la retroinformática , este proceso se conoce comúnmente como retrobright .

    Seguridad

    Puntas de los dedos
    Piel poco después de la exposición al 35% de H 2 O 2

    Las regulaciones varían, pero las concentraciones bajas, como el 5%, están ampliamente disponibles y es legal comprarlas para uso médico. La mayoría de las soluciones de peróxido de venta libre no son aptas para ingerir. Las concentraciones más altas pueden considerarse peligrosas y, por lo general, se acompañan de una hoja de datos de seguridad (SDS). En altas concentraciones, el peróxido de hidrógeno es un oxidante agresivo y corroe muchos materiales, incluida la piel humana. En presencia de un agente reductor , las altas concentraciones de H 2 O 2 reaccionarán violentamente. [93] Mientras que las concentraciones de hasta el 35% producen solo burbujas de oxígeno "blancas" en la piel (y un dolor punzante) que desaparecen con la sangre en 30 a 45 minutos, las concentraciones del 98% disuelven el papel. Sin embargo, concentraciones tan bajas como el 3% pueden ser peligrosas para los ojos debido a la evolución del oxígeno dentro del ojo. [94]

    Las corrientes de peróxido de hidrógeno de alta concentración, generalmente superiores al 40 %, deben considerarse peligrosas debido a que el peróxido de hidrógeno concentrado cumple con la definición de oxidante del DOT según las regulaciones de los EE. UU. si se libera al medio ambiente. La cantidad declarable (RQ) de la EPA para los desechos peligrosos D001 es de 100 libras (45 kg), o aproximadamente 10 galones estadounidenses (38 L), de peróxido de hidrógeno concentrado.

    Una botella comercial de H2O2

    El peróxido de hidrógeno debe almacenarse en un lugar fresco, seco y bien ventilado, alejado de sustancias inflamables o combustibles. Debe almacenarse en un recipiente compuesto de materiales no reactivos, como acero inoxidable o vidrio (también pueden ser adecuados otros materiales, incluidos algunos plásticos y aleaciones de aluminio). [95] Como se descompone rápidamente cuando se expone a la luz, debe almacenarse en un recipiente opaco, y las formulaciones farmacéuticas suelen venir en botellas marrones que bloquean la luz. [96]

    El peróxido de hidrógeno, ya sea en forma pura o diluida, puede presentar varios riesgos, el principal de los cuales es que forma mezclas explosivas al entrar en contacto con compuestos orgánicos. [97] La ​​destilación de peróxido de hidrógeno a presiones normales es muy peligrosa. Es corrosivo, especialmente cuando está concentrado, pero incluso las soluciones de concentración doméstica pueden causar irritación en los ojos, las membranas mucosas y la piel. [98] La ingestión de soluciones de peróxido de hidrógeno es particularmente peligrosa, ya que la descomposición en el estómago libera grandes cantidades de gas (diez veces el volumen de una solución al 3%), lo que produce hinchazón interna. La inhalación de más del 10% puede causar irritación pulmonar grave. [99]

    Con una presión de vapor significativa (1,2 kPa a 50 °C), [100] el vapor de peróxido de hidrógeno es potencialmente peligroso. Según el NIOSH de EE. UU., el límite de peligro inmediato para la vida y la salud (IDLH) es de solo 75 ppm. [101] La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (OSHA) ha establecido un límite de exposición permisible de 1,0 ppm calculado como un promedio ponderado en el tiempo de 8 horas (29 CFR 1910.1000, Tabla Z-1). [97] La ​​Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) ha clasificado al peróxido de hidrógeno como un "carcinógeno animal conocido, con relevancia desconocida para los humanos". [102] En los lugares de trabajo donde existe un riesgo de exposición a concentraciones peligrosas de los vapores, se deben utilizar monitores continuos de peróxido de hidrógeno. La información sobre los peligros del peróxido de hidrógeno está disponible en la OSHA [97] y en la ATSDR. [103]

    Cicatrización de heridas

    Históricamente, el peróxido de hidrógeno se ha utilizado para desinfectar heridas, en parte debido a su bajo costo y rápida disponibilidad en comparación con otros antisépticos . [104]

    Existen evidencias contradictorias sobre el efecto del peróxido de hidrógeno en la cicatrización de heridas. Algunas investigaciones encuentran beneficios, mientras que otras encuentran retrasos e inhibición de la cicatrización. [105] En general, no se recomienda su uso para el tratamiento de heridas en el hogar. [ 106] El peróxido de hidrógeno al 1,5-3% se utiliza como desinfectante en odontología, especialmente en tratamientos endodónticos junto con hipoclorito y clorhexidina, y al 1-1,5% también es útil para el tratamiento de la inflamación de los terceros molares (muelas del juicio). [107]

    Uso en medicina alternativa

    Los practicantes de la medicina alternativa han defendido el uso de peróxido de hidrógeno para diversas afecciones, entre ellas el enfisema , la gripe , el SIDA y, en particular, el cáncer . [108] No hay evidencia de su eficacia y en algunos casos ha resultado mortal. [109] [110] [111] [112]

    Tanto la eficacia como la seguridad de la terapia con peróxido de hidrógeno son científicamente cuestionables. El peróxido de hidrógeno es producido por el sistema inmunológico, pero de una manera cuidadosamente controlada. Las células llamadas fagocitos engullen a los patógenos y luego usan peróxido de hidrógeno para destruirlos. El peróxido es tóxico tanto para la célula como para el patógeno y, por lo tanto, se mantiene dentro de un compartimento especial, llamado fagosoma . El peróxido de hidrógeno libre dañará cualquier tejido que encuentre a través del estrés oxidativo , un proceso que también se ha propuesto como causa de cáncer. [113] Las afirmaciones de que la terapia con peróxido de hidrógeno aumenta los niveles celulares de oxígeno no han sido respaldadas. Se esperaría que las cantidades administradas proporcionaran muy poco oxígeno adicional en comparación con el disponible en la respiración normal. También es difícil aumentar el nivel de oxígeno alrededor de las células cancerosas dentro de un tumor, ya que el suministro de sangre tiende a ser deficiente, una situación conocida como hipoxia tumoral .

    La ingestión oral de grandes dosis de peróxido de hidrógeno en concentraciones del 3% puede causar irritación y ampollas en la boca, la garganta y el abdomen, así como dolor abdominal, vómitos y diarrea. [109] La ingestión de peróxido de hidrógeno en concentraciones del 35% o superiores se ha relacionado con numerosos episodios de embolia gaseosa que dieron lugar a hospitalizaciones. En estos casos, se utilizó oxigenoterapia hiperbárica para tratar las embolias. [114]

    La inyección intravenosa de peróxido de hidrógeno se ha relacionado con varias muertes. [115] [111] [112] La Sociedad Estadounidense del Cáncer afirma que "no hay evidencia científica de que el peróxido de hidrógeno sea un tratamiento seguro, eficaz o útil contra el cáncer". [110] Además, la terapia no está aprobada por la FDA de los EE. UU.

    Incidentes históricos

    • El 16 de julio de 1934, en Kummersdorf , Alemania, un tanque de propulsor que contenía una mezcla monopropulsora experimental compuesta de peróxido de hidrógeno y etanol explotó durante una prueba, matando a tres personas. [116]
    • Durante la Segunda Guerra Mundial , los médicos de los campos de concentración alemanes experimentaron con el uso de inyecciones de peróxido de hidrógeno para matar a sujetos humanos. [117]
    • En diciembre de 1943, el piloto Josef Pöhs murió después de estar expuesto al T-Stoff de su Messerschmitt Me 163 .
    • En junio de 1955, el submarino de la Marina Real HMS Sidon se hundió después de que una fuga de peróxido de alto voltaje en un torpedo provocara la explosión del tubo del mismo, matando a doce miembros de la tripulación; un miembro del equipo de rescate también falleció.
    • En abril de 1992 se produjo una explosión en la planta de peróxido de hidrógeno de Jarrie (Francia) debido a un fallo técnico del sistema de control informático, lo que provocó una víctima mortal y una amplia destrucción de la planta. [118]
    • Varias personas sufrieron heridas leves tras un derrame de peróxido de hidrógeno a bordo de un vuelo de Northwest Airlines de Orlando (Florida) a Memphis (Tennessee) el 28 de octubre de 1998. [119]
    • El submarino ruso K-141 Kursk zarpó para realizar un ejercicio de disparo de torpedos de prueba contra el Pyotr Velikiy , un crucero de batalla de la clase Kirov . El 12 de agosto de 2000, a las 11:28 hora local (07:28 UTC), hubo una explosión mientras se preparaba para disparar los torpedos. El único informe creíble hasta la fecha es que esto se debió a la falla y explosión de uno de los torpedos alimentados con peróxido de hidrógeno del Kursk . Se cree que el HTP , una forma de peróxido de hidrógeno altamente concentrado utilizado como propulsor para el torpedo, se filtró a través de su contenedor, dañado ya sea por óxido o en el procedimiento de carga en tierra donde un incidente en el que uno de los torpedos tocó el suelo accidentalmente no fue reportado. El buque se perdió con toda la tripulación. [120]
    • El 15 de agosto de 2010, se produjo un derrame de unos 110 litros de líquido de limpieza en el piso 54 del edificio 1515 Broadway, en Times Square , Nueva York . El derrame, que según un portavoz del Departamento de Bomberos de la ciudad de Nueva York era de peróxido de hidrógeno, cerró Broadway entre las calles West 42nd y West 48th mientras los bomberos acudían a atender la situación . No se reportaron heridos. [121]

    Véase también

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    Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Peróxido de hidrógeno .
    Wikiversidad tiene recursos de aprendizaje sobre la observación de los efectos de la concentración en la actividad enzimática.
    • Peróxido de hidrógeno en la tabla periódica de vídeos (Universidad de Nottingham)
    • Hoja de datos de seguridad del material
    • Preguntas frecuentes de la Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades (ATSDR)
    • Ficha internacional de seguridad química 0164
    • Guía de bolsillo del NIOSH sobre peligros químicos
    • Diagrama de flujo del proceso de producción de peróxido de hidrógeno por autooxidación de antrahidroquinona
    • Manual de peróxido de hidrógeno de Rocketdyne
    • Estudio espectroscópico IR J. Phys. Chem.
    • Acción blanqueadora del peróxido de hidrógeno en YouTube
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